Программа работы (лабораторное задание)

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 19Следующая ⇒

1. Ввод в работу установки физического моделирования автономной электрической системы с двумя генераторами (на холостом ходу).

2. Экспериментальное определение напряжений и токов генераторных

ветвей в начальном и установившемся режимах короткого замыкания и в заданных точках системы (в точке КЗ).

3. Сравнение опытных и расчетных данных токов КЗ.

Методика выполнения лабораторного задания

1. Собрать схему автономной работы электрической системы с двумя

генераторами, рис. 2.6, для чего:

- подать на панели установки все виды электропитания;

- подключить узел КЗ в заданной точке системы, сопротивление замыкания (дуги) R_д 4 Ом;

- ввести в работу генераторную установку Г2, выставив напряжение 220 В и частоту 50 Гц;

- подключить выключателем В2 линию передачи к генератору Г2, поставив тем самым линию под напряжение. Выключатели ,,нижней'' цепи Вк3^` и Вк4^` при этом должны быть включены, ,,верхней'' – Вк3 и Вк4 отключены;

- ввести в работу генераторную установку Г1, синхронизировать и подключить на параллельную работу с системой, замкнув выключатель В1;

- установить режим работы автономной системы с номинальными параметрами по напряжению (220 В) и частоте (50 Гц) без нагрузки.

2. Последовательно производить нажатием кнопки К⁽³⁾ трехфазное короткое замыкание в точках системы 1,2,3,4, фиксируя показания приборов

(напряжения и тока) в трех точках системы: на генераторе 1, генераторе 2 и

в точке короткого замыкания.

Измерение тока и напряжения в указанных точках осуществлять для начального момента короткого замыкания и в установившемся режиме КЗ.

Результаты наблюдений занести в табл. 1.

Т а б л и ц а 1^*

Параметры режима Режим	Генератор 1				Точка КЗ	Генератор 2
			**					**
	В	А	Вт	А	А	В	А	Вт	Гц
Предшествующий режим
Режим КЗ Точка 1	--------
------------ Точка 2
------------ Точка 3
------------ Точка 4

*) В верхней строке указывается начальное, в нижней – установившееся значение параметра.

**) Мощность указывается с учетом знака: генераторная (+) или двигательная (-).

Примечание. После отключения КЗ, осуществляемого автоматически с помощью реле времени (t_выд 10 с), система оказывается в режиме, предшествующем КЗ. Из–за прогрева проводов может наблюдаться некоторое изменение параметров предшествующего режима. Поэтому после отключения КЗ в случае необходимости проводят корректировку параметров предшествующего режима согласно первой строки табл. 1.

Обработка данных эксперимента

Первый этап.

Данные эксперимента, представленные в табл. 1, необходимо представить в относительных единицах, приняв за базисные номинальные параметры генератора Г1: S_б = Р_н = 5 кВт, U_б = U_н = 220 В, I_б = 15 А.

Результаты опытного исследования режима трехфазного КЗ в электрической системе надо использовать для формулирования выводов, которые необходимо представить в виде ответов на следующие вопросы.

1. Как влияет близость точки КЗ к генераторам на величины токов и напряжений в различных ветвях схемы в режиме установившегося КЗ?

2. То же, для начального момента внезапного нарушения режима?

3. Чем объяснить возникновение активной мощности генераторов при КЗ в ненагруженной системе? Как зависит величина и знак мощности от расположения точки КЗ?

4. Как изменились бы токи КЗ, если бы генераторы имели автоматические регуляторы напряжения (возбуждения) АРВ?

Второй этап.

Используя данные определения параметров электрической системы, полученные при выполнении лабораторной работы № 1, составить схему замещения, рис. 2.8, для режима короткого замыкания.

Рис. 2.8

Для каждой точки КЗ 1,2,4 (точка 3 опускается), изобразить преобразованную схему замещения режима установившегося КЗ в виде рис. 2.9.

Рис. 2.9

Для точек короткого замыкания 1,2,4 произвести расчет значений установившихся токов КЗ I_1к, I_2к, I_к. Данные расчетов представить в табл. 2. В расчетах принимать в качестве ЭДС ее величину в предшествующем режиме (см. первую строку табл.1), Е₁ Е₂ 220 В, R_д = 4 Ом. Расчет вести в именованных единицах при базисном напряжении 220 В.

Т а б л и ц а 2

Параметры

Режим

Дано

Рассчитано

Получено из опыта

Z₁

Z₂

R_д

I_1к

I_2к

I_ка

I_1к

I_2к

I_ка

КЗ в точке1 --- в точке 2 --- в точке 4

5. В выводах сделать оценку погрешности расчета и эксперимента, объяснить причину образовавшейся погрешности.

Содержание отчета

1. Тема и цель лабораторной работы.

2. Схема установки для опытного определения параметров короткого замыкания с обозначением точек КЗ, рис. 2.6 и рис. 2.7.

3. Схема замещения установки с обозначением параметров сопротивления элементов, рис. 2.8, взятом из лаб. раб. № 1.

4. Программа работы (см. п. 3).

5. Упрощенная схема замещения режима КЗ.

6. Таблица 1 опытных данных.

7. Таблица 2 опытных и расчетных данных.

8. Выводы по работе.

9. Состав группы студентов.

Контрольные вопросы

1. Назвать этапы переходного процесса короткого замыкания и дать их краткую характеристику.

2. Охарактеризовать слагающие тока КЗ: периодическую и апериодическую.

3. Как представляется генератор на схеме замещения для начального момента внезапного нарушения режима и для установившегося режима?

4. Объяснить физическую сущность переходных параметров генератора и .

5. Дать определение постоянных времени Т_а и Т_d^`.

6. Как влияет место короткого замыкания на величину и распределение токов КЗ по ветвям схемы?

Лабораторная работа № 3

Тема: Исследование электромагнитного переходного процесса при несинхронном включении генератора в сеть.

Учебная цель: 1. Закрепление знаний теории переходных процессов при несинхронных включениях генератора.

2. Приобретение практических навыков анализа аварийных переходных процессов при нарушении условий синхронизации.

Краткие сведения из теории

Рассматриваются процессы в электрической системе при нарушении условий синхронизации в момент включения синхронного генератора на параллельную работу с электрической системой (сетью).

Предполагается, что первые три условия: равенство напряжений, примерное равенство частот и порядок чередования фаз сети и подключаемого генератора, выполнены. Точная синхронизация соответствует подключению генератора к сети в момент совпадения фаз ЭДС генератора и напряжения сети. При этом, из-за встречного действия ЭДС и напряжения в контуре, образованном подключаемым генератором и генераторами сети, ток будет равен нулю.

Если фазы ЭДС и напряжения не совпадают, то есть если угол между векторами ЭДС Е и напряжения U (ЭДС генераторов сети) отличен от нуля, то в контуре образуется результирующая ЭДС Под воздействием ЭДС в контуре будет протекать уравнительный ток I_ур.

На рис. 3.1 показано положение роторов и векторов ЭДС в различные моменты включения для случая включения на параллельную работу двух

ненагруженных генераторов.

Рис. 3.1

Случаю на рис. 3.1,а соответствует точная синхронизация, при которой фазы ЭДС Е₁ и Е₂ на выключателе В совпадают. В момент образования

замкнутой цепи, при подключении с помощью выключателя В источников ЭДС Е₁ и Е₂ на параллельную работу, результирующая ЭДС в контуре Следовательно, уравнительный ток также равен нулю I_ур = 0. Этому случаю соответствует совпадение осей роторов d₁ и d₂.

На рис. 3.1,б представлен случай, когда включение на параллельную работу производится в момент расхождения осей роторов и, следовательно, ЭДС Е₁ и Е₂ на угол δ. При этом в контуре под действием ЭДС Е¹0 возникает уравнительный ток

, (3.1)

где Х^'_d₁ и Х^'_d₂ – индуктивные сопротивления, соответственно, первого и второго генераторов;

Х_с – сопротивление связывающей генераторы системы.

Опуская строгое рассмотрение возникающих в этом случае процессов, ограничимся лишь качественным анализом этого случая.

Если δ ¹ 0, то под воздействием уравнительного тока на валах обоих генераторов возникает так называемый синхронизирующий момент, стремящийся уменьшить угол δ до нуля, то есть ,,совместить'' по кратчайшему пути оси роторов d₁ и d₂.

Величина момента может быть определена через синхронизирующую мощность по выражению

, (3.2)

где ω₀ = 2πf;

Если подключение производится в соответствии с рис. 3.1,б и роторы вращаются по часовой стрелке, то ротор первого генератора ,,отстает'' от второго на угол (-δ). При этом синхронизирующий момент будет ускорять ротор первого генератора и тормозить ротор второго генератора. Такое действие синхронизирующих моментов на роторы будет приводить к уменьшению угла δ, рис. 3.2, то есть к сближению осей d₁ и d₂ роторов.

Рис. 3.2

обоих генераторов, являются по существу электромагнитными моментами, образующимися от взаимодействия уравнительного тока с магнитными полями генераторов, то легко можно установить режимы синхронных машин (первой и второй), в которых торых они оказываются в начальный момент включения их на параллельную работу.

Так как синхронизирующие моменты, воздействующие на роторы режимы синхронных машин (первой и второй), в которых они оказываются в начальный момент включения их на параллельную работу.

Электромагнитный момент первого генератора ,,ускоряет'' ротор машины, так как направлен в сторону вращения: это соответствует двигательному режиму. Таким образом, первый генератор оказывается в режиме синхронного двигателя и ,,потребляет'' мощность из сети, к которой подключен (т.е. от второго генератора).

Электромагнитный момент второго генератора направлен в сторону, противоположную вращению ротора, то есть является тормозным. Это признак работы синхронной машины в режиме синхронного генератора. Следовательно, ускорение ротора первого генератора будет происходить за счет электроэнергии второго генератора.

Рис. 3.1,в соответствует случай, когда в момент включения генераторов на параллельную работу ротор первого генератора ,,опережает'' ротор второго. Положение осей роторов d₁ и d₂ для этого случая показано на рис. 3.3 (δ >0).

Рис. 3.3

При угле δ > 0 синхронизирующий момент ,,ускоряет'' ротор второго генератора и ,,тормозит'' ротор первого. Следовательно, теперь уже второй генератор оказывается в режиме ,,двигателя'' и потребляет мощность, а первый генератор – в режиме ,,генератора'' и отдает мощность.

Заметим, что ,,отставание'' или ,,опережение'' определяется взаимным пространственным положением роторов в момент включения генераторов на параллельную работу и не связано с тем, каким образом это взаимное расположение осей было получено. Так, положение ,,отставания'' (рис. 3.2) может иметь место как в случае, если ротор первого генератора вращается несколько быстрее ротора второго (стрелка синхроноскопа вращается по часовой стрелке), так и в случае, если ротор первого генератора вращается несколько медленнее ротора второго генератора (стрелка синхроноскопа вращается против часовой стрелки). Аналогично, положение ,,опережения'' (рис. 3.3) может быть получено как при более быстром, так и при более медленном вращении ротора первого генератора в сравнении с вращением ротора второго генератора.

Как следует из формулы (3.2), максимум синхронизирующего момента имеет место при δ ≈ 90⁰. При этом результирующая ЭДС

где Е₁ Е₂= Е.

Максимум синхронизирующего момента при δ = 90⁰

. (3.3)

Опасность возникновения больших синхронизирующих моментов при δ ≈ 90⁰ объясняется тем, что в формулу (3.3) мы должны фактически подставлять переходные параметры (ЭДС и сопротивления) генераторов: и причем Тогда

Переходный или динамический момент представляет серьезную опасность для вала турбогенератора.

Включение генераторов на параллельную работу при δ ≈ 180⁰ не приводит к образованию переходных моментов, так как при этом М_с 0 (sin180⁰ = 0), а в процессе синхронизации (сближение осей роторов) синхронизирующий момент плавно проходит через максимум, определяемый формулой (3.3). Однако величина уравнительного тока, а точнее его переходного значения, может достигать больших кратностей. Если генераторы включаются на параллельную работу через малое сопротивление системы (можно принять Х_с 0), то включение при θ ≈ 180⁰ приводит к образованию переходного тока такого же, как и при внезапном КЗ на выводах генератора. Разность ЭДС при этом

тогда переходный ток

(3.4)

Обычно cледовательно, переходный уравнительный ток в 3 - 5 раз превосходит установившееся значение короткого замыкания. Продолжая аналогию с коротким замыканием, следует также учесть апериодическую слагающую тока переходного процесса и возникновение ударных токов. Величина ударного тока может составлять 1,8…1,9 амплитуды начального переходного тока, то есть фактически достигать его удвоенного значения. Таким образом, можно ожидать, что величина ударного тока при несинхронном включении (δ = 180⁰) в 6 – 10 раз больше, чем установившийся ток короткого замыкания. Известно, что электродинамические силы, действующие на проводник с током, пропорциональны квадрату тока. Поэтому опасность ударных токов заключается в их динамическом воздействии на обмотки статоров и роторов синхронных машин. Эти воздействия способны вызывать механические повреждения и повреждения изоляции обмоток.

Естественно, что неблагоприятные проявления переходных токов и моментов при несинхронных включениях уменьшаются при увеличении сопротивления Х_с линии, связывающей генераторы.

Представление физической картины процессов, возникающих в электрической системе при нарушении условий синхронизации, является основой для понимания возможных аварийных последствий несинхронного включения, принципа действия автоматических синхронизаторов.

Схема установки

Рис. 3.4

Схема установки, рис. 3.4, включает два генератора Г1 и Г2, связанных линией связи Т1 – ЛЭП1 – ЛЭП2 – Т2. Линия связи ставится под напряжение от генератора Г2 при отключенном выключателе В1. Генератор Г1 с помощью выключателя В1 подключается на параллельную работу с генератором Г2 через линию связи.

Наличие линии связи, обладающей значительным сопротивлением, позволяет производить на установке физического моделирования несинхронные включения генератора Г1, не получая при этом аварийного режима.

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 202; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!